电液比例溢流阀的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种电液比例溢流阀。该专利由浙江工业大学申请，并于2016年11月30日获得授权公告。

内容说明

本发明属于流体传动及控制领域中的液压控制元件，具体涉及一种电液比例溢流阀。

发明背景

在液压系统中，溢流阀起到了非常重要的作用，溢流阀性能的好坏直接影响整个液压系统的控制性能，进而影响到高端制造设备的整体质量和技术水平。现在电液比例溢流阀广泛应用于许多重要的工程领域，如大型数控设备、工程机械等；导弹、卫星、舰船等军工、航天领域；汽车、行走机械等领域，在国民经济发展中占有相当重要的地位。

溢流阀按照控制方式可以分为手调式溢流阀和电液比例溢流阀。在航空、航天、武器装备、钢铁、电站等重要的工业领域得到大力发展的今天，普通的液压传动系统就需要更多的结合电子技术，像伺服控制系统那样在动力传输与转换过程中实现连续自动控制，以满足工业技术的发展，电液比例溢流阀就在这种背景下产生。电液比例溢流阀是在手调溢流阀的基础上增加电磁铁，利用电磁力来推动阀芯运动，电液比例溢流阀进口压力的高低与输入信号电流的大小成正比，即进口油压受输入电磁铁的电流大小控制。若输入信号电流是连续地按比例或按一定程序变化，则比例溢流阀所调节的液压系统压力也连续地按比例或按一定程序进行变化。随着液压技术的发展，电液比例溢流阀的发展趋势开始向小型化大流量方向发展，并提出了低功耗的要求，但目前国内外厂家的主流溢流阀还没有实现这一要求。

现有的直动式电液比例溢流阀采用比例电磁铁输出推力直接驱动阀芯运动，结构简单，但由于受比例电磁铁输出推力的限制，无法从根本上解决高压、大流量下液动力的影响问题，在高压（压差大）和大流量的工作状态下仍然会出现流量饱和现象；要从根本上消除液动力影响、提高液压阀的过流能力，最根本的办法是采用导控（先导控制）技术，其基本思想是采用一通径较小的导阀控制主阀敏感腔的压力变化，驱动主阀芯运动，因液压推力比油液流经阀口时所产生液动力大得多，足以消除其对主阀芯运动与控制产生的不利影响。导控式溢流阀虽然可以实现大流量控制，但其结构相对比较复杂，且不易小型化。

发明内容

为了进一步减小电液比例溢流阀尺寸，实现高压、大流量控制，同时克服传统溢流阀稳态调压偏差大等问题，提高电液比例溢流阀的动态响应时间和降低功耗，本发明的提供一种电液比例溢流阀的技术方案。

所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于包括2D阀部件、压扭联轴器部件、比例电磁铁和压力检测部件。

其中2D阀部件包括阀体、阀芯、左端盖、右端盖、O型密封圈一、O型密封圈二和固定螺栓，左端盖和右端盖通过固定螺栓连接在阀体上；所述的阀芯设置在阀体内部，阀芯左端设置左侧台肩，阀芯中部设置右侧台肩，左侧台肩与阀体构成敏感腔，左侧台肩、右侧台肩与阀体构成低压腔，右侧台肩、阀体与O型密封圈二构成高压腔；所述的阀体左端内壁设置有两个对称的直槽，直槽与敏感腔连通；所述的阀芯的轴心上设置有高压通道，左侧台肩和右侧台肩上分别设置有高压孔一和高压孔二，高压孔一和高压孔二均与高压通道连通；所述的左侧台肩上还设置有低压孔，低压孔通过设置在左侧台肩上的低压通道与低压腔连通，低压孔与高压孔一对称设置在直槽两侧；所述的阀体底部开有高压油路通道和低压油路通道，高压油路通道直接与高压腔和高压孔二连通，右侧台肩用来控制溢流阀阀口的开度，低压油路通道连通低压腔；所述的阀芯右端固定设置销轴，销轴两端过盈配合滚动轴承。

本发明所述的压扭联轴器部件包括楔形件、轴承轴、直线轴承、连接件和弹簧，楔形件上设置有直线轴承，连接直线轴承的轴承轴固定在阀体内壁上，楔形件沿轴承轴的轨迹左右运动；所述的楔形件中心开设通孔，与轴承轴相垂直的楔形件两侧面开设有斜槽，斜槽所在的两侧面上还开设有安装销轴的小孔，销轴的直径小于小孔的直径，滚动轴承按照斜槽轨迹运行；所述的楔形件的右端设置有用于连接比例电磁铁的连接件，楔形件的左端与阀体之间设置弹簧。

所述的压力检测部件包括压力传感器和比较放大器，压力传感器设置在高压油路通道检测高压油路通道的压力，比较放大器把接收到的压力传感器信号与预设信号进行比较，再进行放大驱动比例电磁铁，比例电磁铁根据接收到的电流信号来调定预设压力大小，比例电磁铁固定在右端盖上，并通过连接件与楔形件相连。

本发明所述的一种电液比例溢流阀特征在于所述的楔形件是干式的，与高压腔通过O型密封圈二隔离。同时，比例电磁铁与右端盖之间设置有O型密封圈三，所述的阀芯轴端面的面积是左侧台肩端面面积的一半，所述的右侧台肩与左侧台肩直径相同，所述的O型密封圈一设置在左端盖与阀体之间。

本发明的有益效果主要表现在：该溢流阀采用压力电反馈方式，输出压力恒定，流量变化对压力无影响；采用压扭联轴器结构，实现了力放大，电磁力通过压扭联轴器把轴向力转换为转矩力，可以实现较小的电磁力控制高压大流量；阀体采用2D结构，阀芯可转动和直动，阀口的稳态液动力和瞬态液动力不需要电磁力来进行平衡，因此电磁铁功率不需很大即可控制高压大流量；阀结构简单，尺寸小；该溢流阀实现了机械闭环负反馈和压力电反馈，系统稳定性增加，稳态调压偏差较小。